重慶典型地層熱物性及地源熱泵系統(tǒng)運行特性.pdf

1、地源熱泵(GSHP)技術作為淺層地熱能資源在建筑空調應用的主要途徑，近些年來在國內發(fā)展迅速。由于該技術的地域性特點，有必要對其在重慶地區(qū)應用的適宜性及應用效果進行研究。首先重慶地區(qū)地下巖層構造主要是以砂巖、泥巖為主的基巖地質條件，不同于平原地區(qū)的均質土壤，其在地溫分布特性及巖土熱物性等方面存在特殊性；其次重慶地區(qū)處于典型的夏熱冬冷地區(qū)，一般空調系統(tǒng)的累積冷負荷遠大于累積熱負荷，常規(guī) GSHP系統(tǒng)的應用存在地下熱堆積問題。本文主要針對于這

2、兩個問題從地下?lián)Q熱到地上空調開展了一系列相關的研究。
　　首先，本文分析了重慶基巖地質條件下熱響應測試持續(xù)時間對巖土導熱系數(shù)測試結果的影響。根據(jù)對實測數(shù)據(jù)的分析，分別獲取了該地質條件下單U和雙U工況下適宜的測試持續(xù)時間以及數(shù)據(jù)處理時應舍棄的初始小時數(shù)。其中，測試持續(xù)時間分別宜達到60h和50h，舍棄的初始小時數(shù)分別不宜超過20h和10h。此外，還對連續(xù)兩次熱響應測試間隔時間較短，導致第二次測試時地溫未完全恢復至初始地溫的問題進行了

3、研究。將線熱源疊加法用于第二次測試數(shù)據(jù)的分析處理，并和采用常規(guī)線熱源擬合方法處理的結果進行對比，結果表明線熱源疊加法對解決該問題有很好的適用性。
　　其次，本文通過在GSHP系統(tǒng)的埋管區(qū)域建立地溫監(jiān)測系統(tǒng)，在GSHP系統(tǒng)投入使用前，獲取了原始地溫場在時間和空間上的分布，明確了重慶地區(qū)地下溫度全年的周期性變化規(guī)律和幅度，以及地溫隨深度的變化規(guī)律，并據(jù)此劃分出了變溫帶(0~15m)和恒溫帶(15m以下)。然后從理論上分析了地下溫度場的

4、形成原因，并通過數(shù)值模擬的方式對其進行了驗證。在 GSHP系統(tǒng)投入使用后，分析了地下溫度場所發(fā)生的變化。監(jiān)測結果顯示，由于空調系統(tǒng)的冷負荷大于熱負荷，導致地溫呈波動上升的趨勢。但由于地層的不均勻分布，導致不同深度的地溫變化幅度不同。隨后根據(jù)實際地層分布，建立了非均質的鉆孔埋管模型，并通過CFD模擬熱響應測試工況，分析了地溫變化所受到的巖土導熱系數(shù)分布的影響。
　　另外，對該GSHP系統(tǒng)的運行特性進行了監(jiān)測分析，測試參數(shù)包括進出水溫

5、度、運行功率和能效比等。測試得到的2013年和2014年的系統(tǒng)季節(jié)平均制冷能效比分別為3.01和2.91，系統(tǒng)供熱能效比為2.59。分析得出由于地下熱堆積引起的地溫上升，使系統(tǒng)的制冷性能存在衰減。通過TRNSYS軟件建立了該GSHP系統(tǒng)模型，并通過對比埋管出水溫度和地溫變化幅度對系統(tǒng)模型進行了驗證。然后使用該模型模擬了系統(tǒng)運行20年的性能表現(xiàn)，結果表明系統(tǒng)性能衰減嚴重。
　　最后，針對該地源熱泵系統(tǒng)存在的地下熱堆積問題，對其進行冷